Наносетка
Наносетка — это неорганический наноструктурированный двумерный материал, похожий на графен . Он был обнаружен в 2003 году в Цюрихском университете , Швейцария. [1]
Он состоит из одного слоя атомов бора (B) и азота (N), который образуется путем самосборки в очень регулярную сетку после высокотемпературного воздействия чистого родия. [1] или рутений [2] поверхность к боразину в сверхвысоком вакууме .
Нанометка выглядит как совокупность шестиугольных пор. [3] (см. изображение справа) в масштабе нанометра (нм). Расстояние между двумя центрами пор составляет всего 3,2 нм, тогда как каждая пора имеет диаметр около 2 нм и глубину 0,05 нм. Самые нижние области прочно связаны с нижележащим металлом, а провода [3] (самые высокие области) связаны с поверхностью только за счет сильных сил сцепления внутри самого слоя.
Наносетка из нитрида бора стабильна не только в вакууме, [1] воздух [4] и некоторые жидкости, [5] [6] но и до температуры 796 °C (1070 К). [1] Кроме того, он демонстрирует исключительную способность улавливать молекулы. [5] и металлические кластеры , [2] которые имеют размеры, аналогичные порам наносетки, образуя хорошо упорядоченный массив. Эти характеристики могут обеспечить применение материала в таких областях, как функционализация поверхности , спинтроника , квантовые вычисления и носители данных, такие как жесткие диски .
Структура
[ редактировать ]
Наносетка h-BN представляет собой одиночный лист гексагонального нитрида бора , который образуется на подложках, таких как родия Rh (111) или рутения Ru (0001), кристаллы в результате процесса самосборки .
Элементарная ячейка наносетки h-BN состоит из 13x13 атомов BN или 12x12 атомов Rh с постоянной решетки 3,2 нм. В поперечном сечении это означает, что на 12 атомах родия сидят 13 атомов бора или азота. Это подразумевает модификацию относительных положений каждого BN по отношению к атомам подложки внутри элементарной ячейки, где некоторые связи более притягивают или отталкивают, чем другие (сайт-селективное связывание), что вызывает гофрирование наносетки (см. изображение справа с порами и провода).
Амплитуда гофрирования наносетки 0,05 нм оказывает сильное влияние на электронную структуру , где наблюдаются две отдельные области BN. Их легко распознать на нижнем правом изображении, которое представляет собой измерение сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), а также на нижнем левом изображении, представляющем теоретический расчет той же области. Сильно ограниченная область, отнесенная к порам, видна синим цветом на левом изображении ниже (центр ярких колец на правом изображении), а слабосвязанная область, присвоенная проволокам, отображается желто-красным цветом на левом изображении ниже (область между кольца на правом изображении).
|
|
|
|
На правом изображении показана наносетка нитрида бора, измеренная с помощью СТМ при температуре 77 К, где каждый «шарик» представляет один атом N. Центр каждого кольца соответствует центру пор.
Левое изображение представляет собой теоретический расчет той же области, где указана высота N относительно подложки. Точное расположение атомов Rh, N и B дано для трех различных областей (синий: поры, желто-красный: проволоки). |
Видеть [1] [2] [4] [5] [7] для более подробной информации.
Характеристики
[ редактировать ]
Наносетка стабильна в широком диапазоне сред, таких как воздух, вода и электролиты . Он также термостойкий, поскольку не разлагается при температуре до 1275К в вакууме. В дополнение к этой исключительной стабильности наносетка демонстрирует исключительную способность выступать в качестве каркаса для металлических нанокластеров и улавливать молекулы, образуя хорошо упорядоченный массив.
В случае золота (Au) его испарение на наносетке приводит к образованию четко определенных круглых наночастиц Au, которые сосредоточены в порах наносетки.
На рисунке СТМ молекулы нафталоцианина справа показаны из (Nc), осажденные паровой фазы на наносетку. Эти плоские молекулы имеют диаметр около 2 нм, размер которых сопоставим с размером пор наносетки (см. верхнюю вставку). Прекрасно видно, как молекулы образуют упорядоченный массив с периодичностью наносетки (3,22 нм). На нижней вставке показана область этой подложки с более высоким разрешением, где отдельные молекулы заперты внутри пор. Кроме того, молекулы, по-видимому, сохраняют свою нативную конформацию , а это означает, что сохраняется их функциональность, что в настоящее время является проблемой в нанонауке .
Такие системы с большим расстоянием между отдельными молекулами/кластерами и незначительными межмолекулярными взаимодействиями могут быть интересны для таких приложений, как молекулярная электроника и элементы памяти , в фотохимии или в оптических устройствах.
Видеть [2] [5] [6] для более подробной информации.
Подготовка и анализ
[ редактировать ]
Хорошо упорядоченные наносети выращиваются путем термического разложения боразина 3 (HBNH) , бесцветного вещества, которое является жидким при комнатной температуре. Наносетка получается после воздействия Rh (111) или Ru (0001) боразина на атомно чистую поверхность методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).
Подложку выдерживают при температуре 796 °С (1070 К) при введении боразина в вакуумную камеру в дозе около 40 л (1 Ленгмюра = 10 −6 торр сек). Типичное давление паров боразина внутри камеры сверхвысокого вакуума во время экспозиции составляет 3х10. −7 мбар .
После охлаждения до комнатной температуры с помощью различных экспериментальных методик наблюдается регулярная структура сетки. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) дает прямой взгляд на локальную реальную пространственную структуру наносетки, а дифракция низкоэнергетических электронов (ДМЭ) дает информацию о поверхностных структурах, упорядоченных по всему образцу. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УПС) дает информацию об электронных состояниях в самых внешних атомных слоях образца, то есть электронную информацию о верхних слоях подложки и наносетке.
См. также
[ редактировать ]
Другие формы
[ редактировать ]CVD боразина . на других подложках пока не привело к образованию гофрированной наносетки наблюдается плоский слой BN. На никеле [8] и палладий , [9] [10] тогда как на молибдене появляются зачищенные структуры [11] вместо.
Ссылки и примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и М. Корсо; Аувертер, Вилли; Мунтвайлер, Матиас; Тамай, Анна; и др. (2004). «Наносетка нитрида бора». Наука . 303 (5655): 217–220. Бибкод : 2004Sci...303..217C . дои : 10.1126/science.1091979 . ПМИД 14716010 . S2CID 11964344 .
- ^ Jump up to: а б с д А. Горячко; Привет; Кнапп, М; Овер, Ч; и др. (2007). «Самосборка гексагональной наносетки нитрида бора на Ru (0001)». Ленгмюр . 23 (6): 2928–2931. дои : 10.1021/la062990t . ПМИД 17286422 .
- ^ Jump up to: а б В литературе можно встретить разные слова, обозначающие схожие понятия. Ниже приводится их краткое описание:
- Поры, отверстия, отверстия: области наносетки, лежащие ближе всего к подложке из-за сильного притяжения. Они образуют углубления глубиной 0,05 нм и имеют шестиугольную форму.
- Проволоки: области наносетки, относящиеся к границе пор, которые лежат дальше от подложки и, следовательно, представляют собой верхнюю часть наносетки.
- ^ Jump up to: а б О. Банк; Корсо, М; Марточча, Д; Хергер, Р; и др. (2007). «Рентгеноструктурное исследование наносетки из нитрида бора на воздухе» . Серфинг. Наука . 601 (2): L7–L10. Бибкод : 2007SurSc.601L...7B . дои : 10.1016/j.susc.2006.11.018 .
- ^ Jump up to: а б с д С. Бернер; М. Корсо; и др. (2007). «Наносетка нитрида бора: функциональность гофрированного монослоя». Энджью. хим. Межд. Эд . 46 (27): 5115–5119. дои : 10.1002/anie.200700234 . ПМИД 17538919 .
- ^ Jump up to: а б Р. Видмер; Бернер, С; Гронинг, О; Брюггер, Т; и др. (2007). «Электролитическое СТМ-исследование h-BN-Наномеш in situ». Электрохим. Коммун . 9 (10): 2484–2488. дои : 10.1016/j.elecom.2007.07.019 .
- ^ Р. Ласковский; Блаха, Питер; Галлаунер, Томас; Шварц, Карлхайнц (2007). «Однослойная модель наносетки h-BN на поверхности Rh (111)». Физ. Преподобный Летт . 98 (10): 106'802. Бибкод : 2007PhRvL..98j6802L . doi : 10.1103/PhysRevLett.98.106802 . ПМИД 17358554 .
- ^ Т. Гребер; Бранденбергер, Луи; Корсо, Мартина; Тамай, Анна; и др. (2006). «Однослойные гексагональные пленки нитрида бора на Ni(110)» . Э.Дж. Серфинг. наук. Нанотех . 4 : 410. дои : 10.1380/ejssnt.2006.410 .
- ^ М. Корсо; Гребер, Томас; Остервальдер, Юрг (2005). «h-BN на Pd (110): настраиваемая система для самоорганизующихся наноструктур?». Серфинг. Наука . 577 (2–3): L78. Бибкод : 2005SurSc.577L..78C . дои : 10.1016/j.susc.2005.01.015 .
- ^ М. Моршер; Корсо, М.; Гребер, Т.; Остервальдер, Дж. (2006). «Формирование однослойного h-BN на Pd (111)». Серфинг. Наука . 600 (16): 3280–3284. Бибкод : 2006SurSc.600.3280M . дои : 10.1016/j.susc.2006.06.016 .
- ^ М. Аллан; Бернер, Саймон; Корсо, Мартина; Гребер, Томас; и др. (2007). «Перестраиваемая самосборка одномерных наноструктур с ортогональными направлениями» . Наномасштабное разрешение. Летт . 2 (2): 94–99. Бибкод : 2007NRL.....2...94A . дои : 10.1007/s11671-006-9036-2 . ПМЦ 3245566 .